動(dòng)物的脂肪組織發(fā)育、脂肪沉積及禽類蛋黃的形成取決于血漿甘油三酯的水平,而體內(nèi)甘油三酯不斷進(jìn)行著酯解(水解)或酯化作用。因此,凡是作用于這兩個(gè)過(guò)程的各種因素如酶、營(yíng)養(yǎng)水平和激素等都可以調(diào)節(jié)脂肪的代謝。這種調(diào)節(jié)和體內(nèi)其他物質(zhì)的代謝調(diào)節(jié)一樣既有細(xì)胞水平上的,又受激素和神經(jīng)的調(diào)節(jié),但其基本機(jī)制都是改變脂肪代謝關(guān)鍵酶的活性,包括改變酶的含量的調(diào)節(jié)和通過(guò)小分子的激活或抑制來(lái)改變已有酶活性的調(diào)節(jié),改變酶的含量主要是對(duì)其表達(dá)水平的調(diào)控。
1 飼糧中碳水化合物對(duì)脂肪代謝的影響
1.l 飼糧中碳水化合物對(duì)脂肪代謝影響飼糧中碳水化合物主要通過(guò)對(duì)脂肪合成途徑中三個(gè)主要的代謝酶:脂肪酸合成酶(FAS)、乙酸輔酶A按化酶(ACC)、ATP檸檬酸裂解酶(ATP-CL)的活性、基因表達(dá)以及相關(guān)激素的影響來(lái)調(diào)控脂肪代謝。大量的研究表明,高碳水化合物增強(qiáng)脂肪酸合成酶和乙酸輔酶A按化酶的表達(dá),從而提高它們?cè)隗w內(nèi)的含量,促進(jìn)脂肪酸的合成。Coupe等(1990)給吮奶仔鼠飼喂碳水化合物,能在幾小時(shí)后誘發(fā)肝臟和白脂肪組織中脂肪酸合成酶和乙酸輔酶A凌化酶mRNA的出現(xiàn),這一現(xiàn)象與Initani等(1992)在成年鼠的研究中取得的結(jié)果一致。當(dāng)給禁食后的成鼠飼喂含高碳水化合物、低脂肪的飼料時(shí),脂肪酸合成酶基因的表達(dá)增強(qiáng),相應(yīng)的mRNA含量的增加幅度與碳水化合物的攝入量成正比。Man葉等(1993)研究表明,如果在正常斷奶飼料中加入腸道α一葡萄糖音酶阻斷劑,將減少采食后腸道中葡萄糖的產(chǎn)量,從而顯著地降低脂肪酸合成酶和乙酸輔酶A接化酶的表達(dá)。Clarke等(1990)在研究高碳水化合物日糧對(duì)肝臟中脂肪酸合成酶基因表達(dá)的影響中發(fā)現(xiàn):大鼠禁食后喂高碳水化合物日糧24 h,肝臟中的脂肪酸合成酶mRNA接近禁食48 h的 100倍。Kim(1996)給大鼠飼喂高碳水化合物日糧,肝脂肪酸合成酶mRNA豐度增加,而饑餓顯著降低脂肪酸合成酶mRNA豐度,禁食后再飼喂高碳水化合物,脂肪酸合成酶mRNA豐度比禁食組增加 20~30倍。 Foufe等(1995)在體外試驗(yàn)中得到同樣的結(jié)論,將19日齡哺乳仔鼠的脂肪組織在無(wú)血清培養(yǎng)基中培養(yǎng)6~24h后,加人葡萄糖和胰島素能顯著提高培養(yǎng)液中脂肪酸合成酶和乙酸輔酶A按化酶MA的含量,其水平與已斷奶并采食高碳水化合物的30日齡仔鼠體內(nèi)的含量相當(dāng)。試驗(yàn)還表明,單獨(dú)添加葡萄糖能提高脂肪酸含成酶和乙酸輔酶A竣化酶mRNA含量,并在一定范圍內(nèi)與劑量成正比,葡萄糖的最佳作用劑量為 20 mmol,而單獨(dú)添加胰島素則沒有效果
1.2 飼糧中碳水化合物對(duì)脂肪代謝影響的作用機(jī)理 高碳水化合物能促進(jìn)脂肪的合成,其作用可能涉及基因轉(zhuǎn)錄、mRNA的加工和穩(wěn)定(katsura-da,1990;Clarke,1992;Semenkotlch,1993; Gira,1994;Towle,1997),碳水化合物對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控實(shí)質(zhì)是葡萄糖的作用,但目前還不清楚是由于葡萄糖的直接作用還是因?yàn)榧に胤置诟淖兊慕Y(jié)果。Prip-Buns等(1990)、Doiron等(1996)研究報(bào)道,脂肪酸合成酶mRNA的水平與6一磷酸一葡
萄糖的含量呈強(qiáng)相關(guān)性,6一磷酸一葡萄糖可能就是啟動(dòng)脂肪酸合成酶等基因表達(dá)的直接誘導(dǎo)因子。Ferre(1999)認(rèn)為葡萄糖的直接作用是關(guān)鍵,胰島素對(duì)生脂基因的調(diào)節(jié)是通過(guò)葡萄糖來(lái)實(shí)現(xiàn)的。但是,某些基因的最大表達(dá)可能需要葡萄糖與激素的協(xié)同作用(Clark, 1992; Vauiout, 1994)。Towie(1997)認(rèn)為,由葡萄糖誘發(fā)的包括葡萄糖、激素及其他代謝信號(hào)的綜合作用及機(jī)體對(duì)這些信號(hào)的平衡結(jié)果,是基因表達(dá)與否及其表達(dá)程度的決定因素。但Hasegn(1999)發(fā)現(xiàn)一種DNA結(jié)合蛋白——葡萄糖應(yīng)答元件結(jié)合蛋白(GRBP???岷嫌謚?舅岷銑擅富?虻囊鵲核賾Υ鷦??↖RE),從而誘導(dǎo)肝脂肪酸合成酶基因的轉(zhuǎn)錄。給動(dòng)物飼喂高碳水化合物,葡萄糖應(yīng)答元件結(jié)合蛋白的含量增加,而在饑餓、飼喂高脂日糧和高蛋白日糧時(shí),葡萄糖應(yīng)答元件結(jié)合蛋白的含量降低。這些結(jié)果表明,碳水化合物也許是通過(guò)調(diào)控葡萄糖應(yīng)答元件結(jié)合蛋白的含量,從而在轉(zhuǎn)錄水平上對(duì)脂肪酸合成酶mRNA的豐度進(jìn)行調(diào)控。
另外,葡萄糖還可以通過(guò)對(duì)脂肪細(xì)胞中瘦蛋白(Leptin)表達(dá)的影響來(lái)調(diào)節(jié)脂肪的代謝。但目前的研究結(jié)果木一致。Mizum(1996)報(bào)道葡萄糖促成鼠瘦蛋白表達(dá),而Bodkin等(1996)報(bào)道葡萄糖對(duì)猴瘦蛋白表達(dá)無(wú)作用。SPurlock(1998)報(bào)道,禁食減少豬肥胖基因的表達(dá),但維持狀態(tài)或低于維持狀態(tài)較自由采食狀態(tài)對(duì)肥胖基因的表達(dá)無(wú)差異,肥胖基因的表達(dá)只與豬脂肪的沉積量和脂肪占體重的百分比有關(guān)。孫長(zhǎng)顏(1999)研究不同飼料構(gòu)成對(duì)大鼠瘦蛋白的影響結(jié)果表明:能量攝入水平增高的情況下,ob基因表達(dá)水平增高,表現(xiàn)為血漿瘦蛋白水平升高,同時(shí)胰島素分泌增加,生長(zhǎng)激素分泌減少。王萬(wàn)年(1999)為區(qū)分體內(nèi)胰島
素作用的影響,在體外用不同葡萄糖濃度培養(yǎng)3T3- F 42 A脂肪細(xì)胞,研究葡萄糖對(duì)瘦蛋白表達(dá)的影響,結(jié)果表明葡萄糖與胰島素對(duì) 3 T 3- F 42 A脂肪細(xì)胞中瘦蛋白表達(dá)有促進(jìn)作用,但過(guò)高濃度(25 mmol/L)的葡萄糖抑制瘦蛋白的表達(dá),這種抑制作用很可能是由于“葡萄糖毒性作用’造成的。
2 飼料中脂肪對(duì)脂肪代謝的影響
2.l 飼糧中脂肪對(duì)脂肪代謝的影響脂肪酸的特性影響飼料中脂肪的可消化性,目前的試驗(yàn)結(jié)果表明不飽和脂肪酸的利用率高于飽和脂肪酸,并隨著木飽和程度的增加而增加。對(duì)小鼠和肉雞的試驗(yàn)結(jié)果表明(Alao和Balnave,1985;Su和Jones, 1993; Zollitsch等, 1997),含不飽和脂肪酸較多的植物油比含飽和脂肪酸多的動(dòng)物油糞能損失少,相應(yīng)的其代謝能高于動(dòng)物油。含較高代謝能的不飽和脂肪酸油脂應(yīng)該在體內(nèi)產(chǎn)生較多的脂肪沉積,但是一些研究得到了相反的結(jié)論。Pan等(1979)觀察到用牛羊油替代大豆油增加了仔雞的腹脂重。Brue等(1985)指出,食用禽脂和牛脹的肉雞來(lái)食多,胭體較肥;飼料中不飽和脂肪酸含量高,胭體中不飽和脂肪酸含量也高,而飽和脂肪酸則無(wú)此相關(guān)性。Shimomu。等(1990)用含葵花油的飼糧飼喂大鼠,其體脂肪沉積低于含牛羊油組。Vilà和Esteve-Gareia(1996)發(fā)現(xiàn),盡管牛羊油的代謝能低于葵花油,但是含有不同水平的牛羊油的試驗(yàn)組對(duì)肉雞腹脹的沉積都比含葵花油組高,并且隨著銅糧中牛羊油水平的提高肉雞的腹脂含量隨之升高,但是飼喂葵花油組腹脹含量不變。Sanz等(1999)發(fā)現(xiàn),飼喂含有葵花油的肉雞腹脂含量低于飼喂含牛羊油和豬油的肉雞。Crespo和ESteve.Gareia(2001)在研究日糧中脂肪酸對(duì)肉雞腹脂沉積的影響時(shí)發(fā)現(xiàn),飼喂葵花油和大豆油的肉雞腹脂重和腿肌中膽固醇的含量極顯著(p<0.001=)低于飼喂牛羊油和橄檻油試驗(yàn)組;當(dāng)日糧中脂肪和能量增加時(shí),日糧中多不飽和脂肪酸(PUFA)不會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)腹脂的沉積;飼糧中多不飽和脂肪酸與飽和脂肪酸(SFA)或單不飽和脂肪酸相比更能使脂肪在組織中作不同的分配,如肉雞飼喂多不飽和脂肪酸會(huì)增加肌肉中的脂肪含量,但對(duì)腹脂中的脂肪作用相反。所有這些試驗(yàn)表明,多木飽和脂肪酸比飽和脂肪酸或單不飽和脂肪酸在體內(nèi)產(chǎn)生較少的脂肪沉積。
2.2 飼糧中脂肪對(duì)脂肪代謝影響的機(jī)理國(guó)內(nèi)外學(xué)者做了大量的研究發(fā)現(xiàn),日糧中脂肪酸對(duì)脂肪代謝的影響主要通過(guò)影響脂肪酸合成酶、乙酸輔酶A按化酶、脂蛋白酶(LPL)和脂酸CoA脫氫酶活性起作用。
2.2.l 飼糧中脂肪對(duì)脂肪酸合成酶的影響大量研究表明日糧中脂肪對(duì)脂肪酸合成酶的活性有抑制作用,但這種作用與日糧中脂肪酸的含量、脂肪酸的飽和程度、鏈的長(zhǎng)短、雙鍵位置等多種因素有關(guān)。Meramann等(1973)報(bào)道,在成年豬日糧中添加脂肪酸,降低脂肪酸的合成和脂肪酸合成酶的活性。Matthew等(1981)用無(wú)脂肪、含紅花油或牛脂的日糧喂大鼠,結(jié)果發(fā)現(xiàn)脂肪和肝臟中脂肪酸合成酶的活性大小順序是,喂含紅花油日糧低于喂含牛脹日糧,含牛脂日糧低于喂無(wú)脂日糧的大鼠。Donaldson(1985)試驗(yàn)表明,乙酸輔酶A脫
氫酶和脂肪酸合成酶活性隨飼糧脂肪水平升高而降低。Yoshihaxu(1990)也報(bào)道日糧中添加紅花油減少了大鼠體脂肪沉積。Clarke等(1990、1993)和Dana等(1996)研究表明,當(dāng)?shù)谝粋€(gè)雙鍵位于n-3時(shí),對(duì)脂肪酸合成酶的抑制作用比n-6強(qiáng),第一個(gè)雙鍵位于n-9時(shí),與飽和脂肪酸相似對(duì)酶的活性基本無(wú)影響。
日糧脂肪酸除了對(duì)脂肪合成酶有直接作用(如脂酷輔酶A是乙酸輔酶A核化酶的變構(gòu)抑制劑)外,可以通過(guò)調(diào)節(jié)生脂酶的表達(dá),這是抑制生脂作用的重要原因。Wiliam等(1990)研究表明,與敘脂酸甘油酯相比,魚油能顯著降低脂肪酸合成酶的基因轉(zhuǎn)錄。Clarke等(1990)用飽和脂肪酸嫩脂肪酸)庫(kù)不飽和脂肪酸(三油酸甘油酯,n-9)、雙不飽和脂肪酸(紅花油,n-6)和多不飽和脂肪酸(魚油,n-3)聘大鼠,測(cè)定肝臟中脂肪酸合成酶的基因表達(dá),結(jié)果表明日糧中多不飽和脂肪酸使肝臟中的脂肪酸合成酶mRNA水平降低了75%~90%,魚油比紅花油更有效,而軟脹酸甘油酯和三油酸甘油酯對(duì)脂肪酸合成酶mRNA無(wú)影響。魚油和紅花油等多不飽和脂肪酸降低脂肪酸合成酶的活性80%~90%,其中主要是降低了脂肪酸合成酶mRNA的豐度。飼喂紅花油大鼠肝臟中的豐度是飼喂魚油的2倍,而高碳水化合物日糧中加魚油,大鼠肝臟中的脂肪酸合成酶mRNA豐度是高碳水化合物日糧加飽和脂肪酸和單不飽和脂肪酸的13%和25%。 Blarke等(1990)研究也說(shuō)明了日糧多不飽和脂肪酸是脂肪酸合成酶WA的強(qiáng)抑制劑。同時(shí)他還提出,多不飽和脂肪酸降低脂肪酸含成酶mRNA是脂肪酸合成酶基因轉(zhuǎn)錄受到抑制的緣故,這種抑制作用不依賴胰島素的作用,也不是通過(guò)CAMP介導(dǎo)完成的,他認(rèn)為存在一個(gè)脂肪酸合成酶的調(diào)節(jié)基因,其編碼的特異性核蛋白能結(jié)合多不飽和脂肪酸或其代謝產(chǎn)物,這種結(jié)合作用將直接控制基因的轉(zhuǎn)錄。由此可以得出如下結(jié)論:脂肪酸控制基因轉(zhuǎn)錄的能力取決于脂肪酸的碳鏈長(zhǎng)度、雙鍵位置和數(shù)量。他和脂肪酸、只有一個(gè)雙鍵的脂肪酸和n-9脂肪酸族不能抑制脂肪酸合成酶基因表達(dá),n-6和n-3是這些基因表達(dá)的強(qiáng)抑制劑,n-3脂肪酸對(duì)脂肪酸合成酶基因轉(zhuǎn)錄的抑制比n-6脂肪酸有效。
2.2.2 飼糧中脂肪對(duì)脂酷CoA脫氫酶的影響多不飽和脂肪酸能增加脂線粒體中脂酸CoA脫氫酶的表達(dá)( Keller等, 1993; Rise和 Galli, 1999)。脂酸CoA脫氫酶是卜氧化過(guò)程第一個(gè)酶,它在線粒體中表達(dá)水平的提高,使較多的多不飽和脂肪酸發(fā)生氧化,體內(nèi)的乙酸CoA含量增加,導(dǎo)致從碳水化合物合成的內(nèi)源性脂肪酸增加,這比從飼糧中吸收脂肪酸直接沉積于體脂肪中所消耗的能量要多(Emmans,1994)。
另外,還有研究表明,日糧中脂肪的含量和種類對(duì)控制LCFA進(jìn)入線粒體的肉堿棕潤(rùn)酸轉(zhuǎn)移酶(CPT,主要位點(diǎn)是CPTI)以及胰脂肪酶基因表達(dá)有影響。據(jù)Wicker等(1990)報(bào)道,增加日糧中多不飽和脂肪酸含量,會(huì)增加胰脂酶的轉(zhuǎn)錄和含量。Ricketts等(1994)也研究了日糧中油脂類型(紅花油和豬油)的含量(每千克日糧含50 g和 174 g)對(duì)鼠胰脂肪酶轉(zhuǎn)錄和翻譯的影響,在喂以中等含量脂肪的日糧時(shí)(174 g),含多不飽和脂肪酸的紅花油組比豬油組細(xì)胞脂肪酶活性提高80%;但在低脂肪水平時(shí)(50 g)的脂酶活性,紅花油組比豬油組低50%,豬油組木同脂肪水平胰酶活性無(wú)明顯差異。迸一步研究脂酶活性與油脂采食量的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)脂酶活性與紅花油采食量有線性關(guān)系(R= 0.83),而喂豬油組無(wú)線性關(guān)系( R=0.24)。Rickstts的研究結(jié)果顯示,胰脂酶mRNA含量隨脂肪含量的增加而增加,而胰脂酶的活力取決于脂肪類型和含量。Chatelain等(1996)采用20日齡大鼠胚胎肝細(xì)胞進(jìn)行的體外研究表明,在培養(yǎng)基中添加二丁酸cAMP能增加CPTT mRNA的含量,而添加脂肪酸的效果則不一致。中鏈脂肪酸(辛酸、癸酸)不能增加 CPTI mRNA的水平,而長(zhǎng)鏈脂肪酸能將 CPTI mRN的含量提高 2~4倍。其中多不飽和脂肪酸(亞麻酸)不僅能將 CPTI mRNA含量提高2倍,而且還能將其半衰期延長(zhǎng)50%,這說(shuō)明LCFA對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控既有轉(zhuǎn)錄水平上的,也有轉(zhuǎn)錄后水平上的。
Raclot(1999)總結(jié)了不同多不飽和脂肪酸對(duì)基因表達(dá)的調(diào)節(jié)作用見(表1),并認(rèn)為多不飽和脂肪酸對(duì)特異基因表達(dá)的調(diào)控具有組織特異性。多不飽和脂肪酸的主要作用機(jī)制是抑制基因轉(zhuǎn)錄,降低mRNA水平。
3 飼糧中蛋白質(zhì)對(duì)脂肪代謝的影響
日糧蛋白質(zhì)水平提高可使肉雞胭體脂肪含量降低,蛋白質(zhì)與水分比升高;反之,則胴體脂肪、腹脂含量升高,蛋白質(zhì)與水分比降低(Velu,1971; Boomagardt,1973; Salmon,1983; ackson,1982; Jones,1985; Summers,1985)Rosebrough(1985)報(bào)道,體內(nèi)脂肪合成在18%蛋白質(zhì)水平組最強(qiáng)(P<0.05=,在30%水平組最弱(P<0.05=。飼糧中氨基酸缺乏,特別是限制性氨基酸(蛋氨酸、賴氨酸)缺乏,肉雞胭體蛋白質(zhì)含量降低,而脂肪含量升高(Careew,1961;Vein,1972;Lipstien,1975;Hoshelnir,1980;Boomgardt,1973;Okumura,1979;Summer,1985;Bedford,1985;Sibbald,1986)。White(1994)也發(fā)現(xiàn)低蛋白日糧增加大鼠體脂肪沉積。
表1多不飽和脂肪酸對(duì)肝臟和脂肪基因表達(dá)的調(diào)節(jié)作用
試驗(yàn)動(dòng)物 |
基因及表達(dá)調(diào)節(jié) |
試驗(yàn)條件 | |
n-6PUFA |
小鼠 |
↓肝臟SCDI |
體外 |
|
小鼠 |
↓脂肪組織S14、FAS |
體外 |
|
大鼠 |
↓肝臟和脂肪組織ACC、FAS |
體外 |
|
小鼠 |
↓脂肪組織GLUT4 |
體外 |
n-6或n-3PUFA |
大鼠 |
↓肝臟PK |
體內(nèi)或體外 |
|
小鼠 |
↓肝臟SCDI |
體內(nèi)或體外 |
|
大鼠 |
↓肝臟FAS、ACC |
體內(nèi) |
|
小鼠 |
↑脂肪組織PEPCK |
體外 |
|
大鼠 |
↓肝臟FAS、S14↑ACO、CCP |
體內(nèi) |
n-3PUFA |
大鼠 |
↓肝臟S14 |
體內(nèi)或體外 |
|
大鼠 |
↓肝臟PK、GK、ME、FAS、S14 |
體內(nèi)或體外 |
|
大鼠 |
↓肝臟APO A-1↑ACO |
體內(nèi)或體外 |
|
大鼠 |
↓脂肪組織FAS、LPL、PEPCK、C/EBPα、leptin |
體內(nèi) |
|
大鼠 |
↓脂肪組織Adipsin、Ap2、PPARα |
體內(nèi) |
|
大鼠 |
↓肝臟ACC、FAS、ATP-CL、ME、G6PDH |
體內(nèi) |
注:SCDI:硬脂酰輔酶A脫飽和酶,F(xiàn)AS:脂肪酸合成酶,PK:丙酮酸激酶,ACC:乙酰輔酶A化酶,GLUT4胰島素反應(yīng)性葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白4,PEPCK:磷酸烯醇式丙酮化酶,ACO:乙酰輔酶氧化酶,CCP:細(xì)胞色素P450 4 A 2,GK:葡萄糖激酶,ME:蘋果酸酶,APOA-1:脫脂蛋白A-1,IPL:脂蛋白脂酶,G/EBPα:CCAAT/促進(jìn)子結(jié)合蛋白α,PPARα過(guò)氧化質(zhì)體增殖激活受體α,Ap2:脂肪細(xì)胞質(zhì)結(jié)合蛋白,ATP-CL:ATP-檸檬酸裂解酶,G6PDH:6-磷酸葡萄糖脫氫酶;↓表示抑制,↑表示促進(jìn),引自Raclot(1999)。
目前,蛋白質(zhì)對(duì)脂肪酸合成酶基因的表達(dá)調(diào)控報(bào)道不多,但認(rèn)為增加動(dòng)物日糧中蛋白質(zhì)的含量,能抑制動(dòng)物脂肪酸合成酶基因的表達(dá)調(diào)控Milchlke(1991)研究表明,高蛋白飼糧將抑制豬脂肪細(xì)胞中脂肪酸合成酶基因的表達(dá),組織中該基因的mRNA的含量將顯著下降。他們采用蛋白質(zhì)含量分別為 14%、 18%、24%的日糧飼喂 6 kg的肥育豬,屠宰后測(cè)定脂肪組織中脂肪酸合成酶mRNA含量,發(fā)現(xiàn)高蛋白日糧組中的含量分別下降了11.73%和 48. 24%,而肝臟中的含量卻基本沒有變化??梢姡占Z中蛋白質(zhì)含量的高低能調(diào)控脂肪組織中脂肪酸合成酶基因的表達(dá),但這種調(diào)控發(fā)生在哪個(gè)水平及其作用機(jī)理尚不清楚。